用落球法測定液體粘度

用落球法測定液體粘度第一頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三

實驗原理1．斯托克斯公式的簡單介紹

粘滯阻力是液體密度、溫度和運(yùn)動狀態(tài)的函數(shù)。從流體力學(xué)的基本方程出發(fā)可導(dǎo)出斯托克斯公式：粘滯阻力：

斯托克斯定律成立的條件有以下5個方面：

1）媒質(zhì)的不均一性與球體的大小相比是很小的；

2）球體仿佛是在一望無涯的媒質(zhì)中下降；

3）球體是光滑且剛性的；

4）媒質(zhì)不會在球面上滑過；

5）球體運(yùn)動很慢，故運(yùn)動時所遇的阻力系由媒質(zhì)的粘滯性所致，而不是因球體運(yùn)動所推向前行的媒質(zhì)的慣性所產(chǎn)生。第二頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)質(zhì)量為、體積為的小球在密度為的液體中下落時，作用在小球上的力有三個，即：（1）重力

，（2）液體的浮力

，（3）液體的粘性阻力

。這三個力都作用在同一鉛直線上，重力向下，浮力和阻力向上。

球剛開始下落時，速度很小，阻力不大，小球作加速度下降。隨著速度的增加，阻力逐漸加大，速度達(dá)一定值時，阻力和浮力之和將等于重力，那時物體運(yùn)動的加速度等于零，小球開始勻速下落，即第三頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三此時的速度稱為終極速度。由此式可得令小球的直徑為d，將，，

代入上式，得（2）第四頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三由于液體在容器中，而不滿足無限寬廣的條件，這時實際測得的速度和上述式中的理想條件下的速度之間存在如下關(guān)系：式中為盛液體圓筒的內(nèi)直徑，為筒中液體的深度，將（3）式代入（2）式得出（3）第五頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三實驗器材ND-1型液體粘度系數(shù)測定儀、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、米尺、秒表、水銀溫度計、密度計、鑷子、小鋼球等123ＦｆＰLHD液體的粘滯系數(shù)測量裝置示意圖及原理圖第六頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三實驗步驟1、調(diào)整粘滯系數(shù)測定儀及實驗準(zhǔn)備（1）調(diào)整底盤水平，在儀器橫梁中間部位放重錘部件，調(diào)節(jié)底盤旋鈕，使重錘對準(zhǔn)底盤的中心圓點。（2）將實驗架上的上、下兩個激光器接通電源，可看見其發(fā)出紅光。調(diào)節(jié)上、下兩個激光器，使其紅色激光束平行地對準(zhǔn)錘線。（3）收回重錘部件，將盛有被測液體的量筒放置到實驗架底盤中央，并在實驗中保持位置不變。（4）在實驗架上放上鋼球?qū)Ч?。小球用乙醚、酒精混合液清洗干凈，擦干備用。?）將小球放入鋼球?qū)Ч?，看其是否能阻擋光線，若不能，則適當(dāng)調(diào)整激光器位置。第七頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三2、用溫度計測量油溫，在全部小球下落完后再測量一次油溫，取平均值作為實際油溫。3、用液體密度計測量甘油的密度，用游標(biāo)卡尺測量筒的內(nèi)直徑,用卷尺測量油柱深度H。4、測量下落小球的勻速運(yùn)動速度（1）測量上下兩個激光束之間的距離。（2）用激光光電門與電子記時儀測量下落時間。5、計算液體的粘度及標(biāo)準(zhǔn)不確定度。第八頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三3、操作中的注意事項1）實驗時，油中應(yīng)無氣泡。2）因為油的粘度隨溫度改變會發(fā)生顯著變化，因此，實驗中不要用手捧摸圓筒，以盡力保證實驗中油溫恒定。每次實驗結(jié)束時，應(yīng)隨時記錄油的溫度。3）小球放入時應(yīng)輕而穩(wěn)，不要使小球上附著氣泡，并且小球應(yīng)沿各圓筒的中心軸線下落。4）測量時間時，眼睛應(yīng)與小球處于水平位置。第九頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三4、數(shù)據(jù)處理測量量測量次第平均值12345圓筒直徑m)

下落距離m)

小球直徑d(cm)

次123456（s）

幾何參數(shù)的測量（小球的密度==7.90Kg/m3，油的密度

=0.958

Kg/m3）實驗過程中小球下落的時間T1=

0C，T2=

0C

第十頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三5數(shù)據(jù)處理要求（1）利用

計算（2）計算標(biāo)準(zhǔn)不確定度①計算

，

，②

，計算，③計算，，④計算，，，⑤計算其中，，，（3）給出實驗結(jié)果：第十一頁，共十二頁，編輯